多到嚇人!有一天它們會“攻占”地球嗎？

細菌在地球上生活了幾十億年，從 1683 年列文虎克首次觀察到了細菌，便引起了科學家們的關注。

細菌的繁殖速度很快，以大腸杆菌為例，平均每 20 分鍾繁殖一代，僅僅用一天的時間，大腸杆菌就可以從一個細胞變成
4722×1021 個，如果將這些細菌平鋪在地球表麵，可以將地球完全覆蓋。

那麽，如果保持這種速度分裂繁殖，地球會被細菌占領嗎？

圖片來源：作者自製

外有強敵—— ” 吃菌體 ” 的威脅

細菌分裂速度如此之快，至今還未泛濫成災，這是因為在地球上還存在它的天敵，就如同老鼠的天敵是黃鼠狼，細菌的天敵就是噬菌體，它是一種病毒，可以
” 殺 ” 死細菌。

噬菌體是一種比細菌更小的微生物，如果把細菌比作足球的話，它們就如同乒乓球大小。例如大腸杆菌長約 2 μm，T4 噬菌體約 0.2
μm。

噬菌體的外形如同蝌蚪一般，頭部多為圓形或多角形，後麵是管狀的尾部，末梢有 6 根尾絲。

噬菌體能將自身的核酸像注射器一樣注入細菌中，然後利用細菌的核苷酸、酶等各種原材料合成子代噬菌體。以 T2 噬菌體為例，它在 37
℃下隻需大約 40 min 就可以產生 100～300 個子代噬菌體。

利用細菌合成子代後，噬菌體就將細菌裂解，這樣噬菌體不僅殺死了細菌，還合成了大量的子代。子代噬菌體又將繼續殺死更多的細菌。所以噬菌體的存在，有效的遏製了細菌的數量增長。

噬菌體侵染細菌過程 圖片來源：作者自製

除了噬菌體之外，巨噬細胞也是細菌的天敵，它可以 ” 吃 ” 細菌。巨噬細胞是一種吞噬細胞，位於組織內，源自單核細胞。

巨噬細胞會追殺侵染動物體內的有害細菌，不過巨噬細胞有時候並不是單打獨鬥的，它也有協同作戰的戰友 – 中性粒細胞。

巨噬細胞吞噬細菌 圖片來源：作者自製

中性粒細胞犧牲自己產生中性粒細胞胞外陷阱（NETs），NETs
就像一個固定細菌的蜘蛛網，這樣可以增強巨噬細胞這隻蜘蛛的的殺菌能力。所以 ” 吃菌體 ” 的存在，也可以遏製細菌的數量增長。

內有紛爭——空間和能量的限製

細菌繁殖速度很快，但是也要看環境是否允許它一直分裂增殖。

一方麵是空間承載能力，細菌雖然小到我們都看不到，但是如果連續繁殖 24
小時，菌體能覆蓋整個地球。可如果在特定空間中，由於空間限製，細菌便無法無限增殖了。

另一方麵是營養物質，細菌的增殖分裂需要從外界攝入營養物質，例如碳源、氮源、無機鹽等。

伴隨著細菌的不斷繁殖，環境中的營養物質逐漸減少，越來越不利於生長。細菌的種內競爭就越來越嚴重，生存環境內有害物質也會隨之增多。最後如果環境狀況沒有改善，細菌個體的形狀會發生改變並開始畸形化或者死亡，細菌數量則會大幅減少最後接近於零。

例如放線菌在生長過程中會釋放一些化學物質（如抗生素）抑製其他細菌的生存，也會由於細菌本身大量增殖導致環境中缺少氧氣和養分而死亡，所以多種環境因素都會影響細菌的數量。

圖片來源：biorender

自身缺陷——生命周期短

雖然細菌繁殖快，但它的生命周期（個體）比較短。細菌的生長周期主要分為 4 個時期：遲緩期、對數期、穩定期、衰亡期。

以大腸杆菌為例，一般情況下，大腸杆菌接種後在 37 ℃的環境中培養 17-20 h
就進入了衰亡期。細菌進入衰亡期後，死亡菌數明顯增多，生理代謝活動趨於停滯。

細菌進入衰亡期主要分為兩個方麵：一方麵生物細胞內部都有控製衰老的基因，細菌也如此，在到達某種程度後這些基因就被激活，最後細菌衰老死亡。

另一方麵一些細菌和真核生物一樣也存在細胞程序性死亡現象（PCD），在環境壓力的誘導下，細菌發生應激適應，導致細胞的功能分化，死亡或者休眠。例如饑餓等不良條件可使一部分細胞死亡。

細菌的生長曲線 圖片來源：biorender

由此我們可以看出，生物的數量不是簡單地增加，而是外界環境因素和內部自身條件限製下呈現出的一種近似平衡的狀態，所以大家大可不必擔心，細菌雖然繁殖很快，受各種因素限製，它是不會占領地球的。